摘要：基于同轴静磁波荡器的自由电子激光主要利用环形电子束与同轴TE模式的相互作用产生电磁辐射,是一种重要的毫米波辐射源。分析了同轴结构作用区内外半径、工作模式、电子束电压、波荡器周期等参数对辐射频率的影响规律,研究了电子束平均半径的选取原则和束波互作用腔的设计方法,设计了辐射频率在W波段的基于同轴静磁波荡器的自由电子激光,并进行了粒子模拟,在电子束电压为720kV,电子束流为1kA的情况下,获得了频率107GHz、辐射功率35MW的TE01模,束波转换效率为4.9%,束波作用腔总长度小于200mm,同轴静磁波荡器的磁场幅度0.34T。

摘要：介绍了大功率容量定向耦合器的设计、标定、测试与应用情况.以X波段圆波导定向耦合器为例,在9.2～10.2 GHz的频带范围内,基于小孔耦合理论优化设计的结构,其耦合度可以稳定在（55±2）dB以内,隔离度大于80 dB.在此基础上,设计加工了X波段圆波导定向耦合器并进行了标定测试,测试与仿真结果吻合较好,高功率微波实验证实了其具有较高功率容量,能够满足实验需求.该类圆波导定向耦合器已广泛应用于实验室高功率微波源的在线测量装置中.

摘要：从抑制强场击穿的角度出发,结合传统理论和相关粒子模拟方法,设计并优化了工作于C波段的长脉冲相对论返波管。模拟中,利用强流相对论电子束的空间电荷场效应,将3GW功率水平下电动力学结构表面的最大发射电场控制在700kV/cm以下。利用实验室700L脉冲功率驱动源平台开展了相关实验验证,实验结果表明,通过合理的结构设计,在功率3GW级水平下,C波段相对论返波管中的脉冲缩短问题能够得到有效抑制。实验中,当工作电压760kV、电流为9.0kA时,在4.23GHz频点处获得的输出微波功率为2.8GW,微波脉冲半高宽约101ns,功率转换效率约41%,实验结果与模拟结果吻合较好。

摘要：根据同轴相对论返波管的特点建立了物理模型,采用时域有限差分法研究了同轴相对论返波管中波束作用过程。研究表明:同轴相对论返波管中波束作用的输出效率与两端反射系数密切相关,而且其内部场分布特点对于提高输出效率非常有利。经过优化设计,利用500 keV,4.0 kA电子束流,微波起振时间为7 ns,输出效率大于38%,与以往数值模拟和实验结果符合较好。根据计算结果进一步分析得到,与空心相对论返波管相比,同轴相对论返波管中空间电荷效应的影响较小。

摘要：随着真空电子器件及所用电子注尺寸的减小,发射度效应成为器件设计过程中需要考虑的重要因素之一。圆孔膜片透镜是组成真空电子器件的一种基本元件,本文通过理论推导获得了考虑电子注发射度效应的圆孔膜片透镜焦距公式。首先基于圆孔膜片透镜电位分布,对透镜厚度进行了界定。随后利用透镜区电子注边缘电子的径向动力学方程推导了电子的傍轴轨迹方程,通过对该方程的数学变换获得了考虑电子注发射度效应的圆孔膜片透镜焦距公式。最后以平行圆柱流Pierce枪阳孔为例,分析了典型强流细束电子注不同导流系数、发射度和半径下透镜焦距的变化,与经验修正结果符合较好。

摘要：本文对一种高效率速调型RBWO进行了理论分析和实验研究.通过理论分析,给出两个预调制腔间距的选择依据;提出一种高功率容量的椭圆形提取腔,可使得提取腔内表面场强降低约25%;分析了磁场分布对效率的影响,结果表明:使用特殊设计的引导磁场,可克服器件转换效率对收集位置的强烈依赖;分析了阴阳极间距对效率的影响,结果表明:随着阴阳极间距增大,器件的最优工作电压降低,并且效率有所提升.在实验中获得X波段微波功率为2.15 GW,脉宽达到25 ns,转换效率为50%(±5%).实验结果与理论和数值模拟结果吻合.

摘要：设计了一种X波段过模高效率相对论返波管(RBWO),主要结构包括双谐振腔反射器、7周期梯形慢波结构与提取腔。该器件慢波结构的过模比为2.6,电子束与结构波TM_(01)模的近π模相互作用,在慢波结构区域束波作用产生的TM_(01)模表面波主要转化为TM_(02)模的体波,其输出微波的模式主要为TM_(02)模,占比为81%,其余为TM_(01)模。提出一种过模条件下谐振腔反射器的设计思路,结合模式匹配法,优化得到了一种双谐振腔反射器结构,其对TM_(01)模与TM_(02)模的反射系数均大于0.99,可实现过模条件下RBWO慢波结构与二极管区的良好隔离;同时双谐振腔反射器两个谐振腔中的纵向电场可以对电子束进行充分的预调制,将促进慢波结构区域的束波作用,有利于提升效率。通过在慢波结构后端加入提取腔,进一步提升了转换效率。PIC仿真中,在二极管电压900kV,电流14.3kA,得到了6.6GW的输出功率,转换效率约51%。

摘要：对Ka波段TM_(02)模式低磁场相对论返波管的结构特点、工作原理进行了介绍,详细分析了该器件以TM_(02)模工作的模式选择机制。通过粒子模拟,该器件在1T引导磁场下获得了功率为493MW、频率29.3GHz的微波输出,工作模式及频率与理论设计相一致。随后,基于模拟中的结构参数开展了初步的实验研究,当二极管电压为580kV、电流为3.56kA、引导磁场1T时,获得了功率286MW、频率29.3GHz、脉宽约10ns的微波输出。实验获得的微波频率与数值模拟一致,但是微波功率与数值模拟结果有明显差异,并且微波脉冲后沿有明显的缩短,分析认为在低磁场下后端谐振腔链受到电子轰击是导致该问题的主要原因。

摘要：研究了线圈间距、匝数、个数以及不锈钢套筒对脉冲磁体产生磁场的影响规律。在储能电容和电压不变的前提下,研究结果表明:增加线圈间距会导致磁感应强度降低,磁力线包络增大,但总电流达到峰值时刻减小;增加线圈匝数,峰值电流明显减小,会降低磁感应强度,但有利于抑制磁力线包络;增加并联线圈个数,有利于产生较长的均匀区,但是在供能一定的条件下,磁场强度有所降低,同时总电流达到峰值时刻减小。总体来看,在一定均匀区长度的设计要求下,减少单个线圈匝数,增加并联线圈个数,能够得到磁感应强度更大、均匀性更好的磁场,但要考虑线圈承载电流的能力。另外,不对称的阴阳极金属结构会导致磁场不对称分布,且磁感应强度达到峰值时刻要晚于总电流达到峰值的时刻。

摘要：分析了基于同轴静磁波荡器的自由电子激光中,电子束电流对辐射频率、辐射功率和所需的束波互作用腔长度等参数的影响规律,研究了该类型自由电子激光中的电子束平均半径、波荡器磁感应强度等参数的选取原则,分析了束波互作用腔及其输出结构的设计方法。设计了辐射频率为107GHz的基于同轴静磁波荡器的自由电子激光,获得了辐射功率为35 MW的TE01模。